课题1 碳单质的多样性（5大题型专项精练）初中化学人教版（2024）九年级上册 第六单元 碳和碳的氧化物（原卷版）

/课题1碳单质的多样性题型01金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质、用途题型02从微观角度解释碳单质物理性质差异原因题型03新型碳单质的结构和物理性质分析题型04碳单质的化学性质题型05实验探究——木炭还原氧化铜题型06木炭还原氧化铜的计算题型01金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质、用途物质结构性质用途金刚石立体网状质硬（天然存在的最的物质）裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及装在钻机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等无色透明、璀璨夺目(琢磨后)作装饰品——钻石在特殊条件下制备的金刚石薄膜：透光性好、硬度大→作光学窗口和透镜的涂层导热性好→用于集成电路基板散热石墨层状色、有感、质软作铅笔芯、润滑剂熔点作高温润滑剂优良的性高铁列车的受电弓滑板、作电极C60形似足球具有一些特殊的物理和化学性质广泛应用于、、材料、医学及生物等领域区别与联系①导致三者的物理性质存在明显差异；②三者都是由碳元素组成的单质，故化学性质基本。①金刚石和石墨都是由构成的，C60是由构成的，每个C60分子由构成。②石墨在高温、高压和催化剂的条件下可以转化为金刚石，二者为碳元素组成的不同单质，由石墨转化为金刚石是变化。【典例1】下图为三种碳单质的结构示意图，请回答以下问题。（1）金刚石是无色透明的固体，其硬度（填“大”或“小”）可当作钻头。（2）石墨是灰黑色有金属光泽的固体，天然最软的矿物之一，还具有性，因此可作为电极、电刷。（3）金刚石和石墨物理性质差异的原因。（4）C60这种物质由（填“分子”或“原子”）构成。【变式1-1】下列物质的性质与用途不具有对应关系的是A．金刚石硬度大，常用于切割玻璃B．常温下氮气化学性质稳定，液氮用于创造低温C．稀有气体性质稳定，可以用作保护气D．石墨为黑色质软的固体，可用于生产铅笔芯【变式1-2】从石墨材料中可以剥离出石墨烯，它与金刚石、石墨一样，都只由碳元素组成。下图是金刚石、石墨C60和石墨烯的微观结构示意图，则①-⑧中关于它们的说法，错误的是①它们都是单质

②它们在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳

③它们的结构中碳原子的排列方式都相同④它们的物理性质相异

⑤它们都是黑色固体

⑥它们都质软可作润滑剂

⑦它们的化学性质不同

⑧一个C60分子由60个碳原子构成A．①②④⑧ B．③④⑤⑧ C．④⑤⑥⑦ D．③⑤⑥⑦【变式1-3】随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是A．石墨和石墨烯是同种物质B．金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的C．石墨和石墨烯都具有优良的导电性，属于化学性质D．金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同题型02从微观角度解释碳单质物理性质差异原因【典例2】碳的几种单质的结构示意图如下，请据图回答下列问题。（1）图1表示的物质是（填物质名称），图1、图2和图3表示的物质的物理性质差异很大，原因是。（2）高铁与电路之间连接用到的石墨电刷，所利用的石墨的物理性质主要是性。用活性炭除异味，是因为它有的结构，体现了活性炭的（填“物理”或“化学”）性质。（3）在特定的条件下，石墨可转化为金刚石，该变化属于（填“物理”或“化学”）变化。（4）这三种物质在氧气中完全燃烧的产物都是（填化学式）。【变式2-1】随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是A．石墨和石墨烯是同种物质B．金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的C．石墨和石墨烯都具有优良的导电性，属于化学性质D．金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同【变式2-2】碳在地壳中的含量不高，但分布极广。根据所学知识回答：（1）图①、②、③对应三种碳单质：图①单质的名称是；（2）以下的用途中，不属于图②单质的用途是_____；A．制作铅笔芯B．用于切割大理石C．制作高铁列车的受电弓滑板D．用于制作超导材料E.用于制作耐高温的坩埚（3）图①和图②对应的碳单质，物理性质存在明显差异的原因是。（4）图③表示的物质，化学式为。【变式2-3】碳在地壳中的含量不高，但它的化合物数量众多，而且分布极广。根据所学知识回答：（1）图①为碳原子的结构示意图，碳原子最外层电子数为，常温下碳的化学性质(填“活泼”或“不活泼”)；（2）图②、③、④对应三种碳单质：图②单质的名称是；（3）图②和③物理性质有很大差异，其原因是碳原子。题型03新型碳单质的结构和物理性质分析（1）木炭、活性炭、焦炭和炭黑等通常称为(由石墨的细小晶体和少量杂质形成),属于物，主要成分是碳单质，结构与石墨类似。（2）木炭与活性炭①探究木炭(或活性炭)的吸附性实验装置及步骤在盛有半瓶水的小锥形瓶里，加入一滴红墨水，使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭(或活性炭),轻轻振荡锥形瓶，观察现象实验现象溶液的红色逐渐变浅，最终褪为无色实验分析木炭(或活性炭)有，吸附了水中的，色素减少，水的颜色变浅直至无色②木炭和活性炭都具有吸附能力原因都具有的结构用途木炭吸附一些食品和工业产品里的、有的物质活性炭a.用在防毒面具里吸附有毒气体；b.制糖工业中脱色以制取白糖；e.城市污水、工业废水和饮用水的深度净化处理；d.吸附室内装修产生的有害气体①活性炭可由木炭经水蒸气高温处理制得，其吸附能力比木炭的。吸附性属于性质，木炭、活性炭对其他物质的脱色发生的是物理变化。（3）焦炭、炭黑①焦炭用于冶金工业，作剂。②炭黑用于制造、油漆、鞋油、、橡胶的补强剂和填料(将炭黑加到橡胶里，可以增加橡胶的耐磨性)等。碳和炭的区别：“碳”是元素的名称，是核电荷数为6的一类原子的总称，具有广泛、概括的含义，并不是具体指某种物质，比如碳元素、碳单质、含碳化合物、一氧化碳等。而“炭”表示由碳元素组成的具体的物质——木炭、活性炭、焦炭等。一般在未指明具体单质时，习惯上用碳，如“炽热的碳”“当碳燃烧时”。【典例3】“碳海绵”是已知最轻的固体材料，密度仅，是一种良好的绝缘材料，其主要成分是石墨烯和碳纳米管等。下列关于“碳海绵”性质的推测正确的是A．“碳海绵”不能浮在水面上 B．“碳海绵”是一种新型的化合物C．“碳海绵”导电性良好 D．“碳海绵”燃烧会产生二氧化碳【变式3-1】石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的新型纳米材料。下列说法不正确的是A．用机械法从石墨中剥离出石墨烯属于物理变化 B．石墨烯的导电性比金属强C．石墨烯中的碳原子和石墨中的碳原子大小相同 D．石墨烯是一种新型的化合物【变式3-2】碳纳米管是一种由碳原子构成的直径为几纳米的空心管，下列关于碳纳米管的说法错误的是A．碳纳米管是一种新型化合物B．碳纳米管材料如果完全燃烧，生成物是二氧化碳C．碳纳米管材料如果燃烧不完全，生成物是一氧化碳D．碳纳米管在常温下化学性质稳定【变式3-3】请阅读下面科普材料，然后回答问题。迄今为止最黑的材料——碳纳米管一个东西能够黑到什么程度？Vantablack就是人类造出的迄今最黑的物质，它是一种由SurreyNanosystems公司研发的碳纳米管材料。碳原子的结构示意图为，而Vantablack实际上是只有一个原子厚的碳纳米管层，它可吸收99.965%的可见光。有人看过之后说：“我的眼睛都没法聚焦了。它太黑了，根本看不到任何细节，几乎就像是个黑洞，吸走了所有光线”。它让这张图中起皱的锡纸看起来就像兔八哥卡通片中的便携式洞穴。这种材料可用于望远镜、卫星上的星体跟踪定位器等。（1）由碳原子的结构示意图可获得的一条信息是。（2）Vantablack的组成元素是，其物质类别属于(填序号)。A．混合物

B．单质

C．化合物（3）碳原子除了可构成Vantablack外，还可直接构成石墨和等，在一定条件下二者的相互转化属于变化(填“物理”或“化学”)，该变化的微观本质是。题型04碳单质的化学性质1.常温下碳的稳定性（1）碳原子的结构决定碳单质的性质，碳原子的核内质子数为6，核外电子数也为6，第一层有2个电子，最外层有个电子，不容易得、失电子，所以常温下碳单质的（很稳定），即使受日光照射或与空气、水分接触，都不容易发生变化。（2）实际应用2.碳与氧气的反应—可燃性在点燃的条件下，碳可以在氧气(或空气)里燃烧，放出热量。氧气充足充分燃烧时，生成二氧化碳现象：。氧气不足不充分燃烧时，生成一氧化碳—①一般情况下，未特殊说明碳是不充分燃烧，通常就是认为碳充分燃烧，生成物为CO2。②反应物的含量有时决定了生成物的种类，例如碳在氧气中燃烧，若氧气的量不同，则生成物不同。碳充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳。③碳和氧气反应时，不论燃烧是否充分，反应过程中都热量。3.碳与某些氧化物的反应—还原性【典例4】传统文化唐代著名书法家颜真卿所作的《自书告身帖》至今仍不褪色，是因为墨汁中的碳A．具有可燃性 B．在常温下性质稳定C．具有氧化性 D．具有还原性【变式4-1】下列说法不能说明碳在常温下化学性质稳定的是A．用碳素墨水书写档案 B．古代的水墨画保存百年不褪色C．钻石恒久远，一颗永流传 D．炭雕能吸附室内甲醛【变式4-2】下列关于碳的各种模型（如图）的说法，正确的是A．图1是碳原子的原子结构示意图，1个碳原子有4个核外电子B．由图2可知一个碳原子的质量为12.01gC．由图3可知金刚石和石墨属于混合物，属于纯净物D．图3中三种物质完全燃烧后的产物相同【变式4-3】下列用途中利用了单质碳的还原性的是A．金刚石刻划玻璃 B．冶金工业C．活性炭吸附毒气 D．石墨电极题型05实验探究——木炭还原氧化铜实验探究——木炭还原氧化铜实验装置实验步骤①；②把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管；③将试管固定在铁架台上，试管口装有通入澄清石灰水的导管；④用酒精灯(可加网罩，最好使用酒精喷灯)加热混合物几分钟；⑤撤出导管，用弹簧夹夹紧乳胶管，停止加热，待试管后再把试管里的粉末倒在纸上实验现象开始加热时，导管口有无色气泡冒出；过一会儿，粉末变为，澄清石灰水变实验分析开始加热时，试管中的空气因受热体积膨胀而逸出；温度达到高温后，木炭与氧化铜开始反应，生成的铜为红色固体，另一种生成物二氧化碳为无色气体，能使澄清石灰水变浑浊实验结论碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳；木炭具有性化学方程式①根据化学方程式计算可知，木炭与氧化铜反应时的理论质量比约为1:13.3，但因为反应过程中，木炭会和试管中的氧气反应，所以木炭粉应该稍，木炭粉与氧化铜粉末的质量比最好控制在左右。②木炭粉烘干的原因：。③固定试管时试管口应略向下倾斜，防止。④开始加热时，导管口有无色气泡冒出，但澄清石灰水不变浑浊，这是因为刚开始排出的是试管内的。⑤实验结束后，应先把导管从澄清石灰水中撤出，再熄灭酒精灯，防止。⑥待试管冷却后再把试管内的粉末倒出，防止。⑦网罩的作用：。【典例5】在学习碳的化学性质时，我们学习了木炭和氧化铜的反应，该实验装置如下图所示。（1）A装置中反应的化学方程式为。（2）该反应中A装置能看到的现象为___________。A．黑色固体变红 B．红色固体变黑 C．氧化铜变红 D．氧化铜变黑（3）实验装置中的止水夹的作用是___________。A．防止冷凝水倒流炸裂试管 B．防止石灰水倒吸炸裂试管C．防止反应物粉末堵塞导管 D．防止灼热的铜被再次氧化（4）木炭的主要成分为石墨，与石墨互为同素异形体的物质是___________。A．活性炭 B．焦炭 C．炭黑 D．金刚石（5）若实验过程中放入的木炭过量，则可能导致产物中生成CO，反应中C、CO、CO2的质量比不可能为___________。A．6：7：11 B．9：7：22 C．12：7：33 D．18：7：44【变式5-1】利用铜丝进行碳与氧化铜反应的探究，装置如图所示(夹持装置已省略)。下列有关说法正确的是A．步骤一中加热后铜丝质量变大，说明该反应不遵循质量守恒定律B．步骤二实验中观察到红色固体逐渐变黑C．步骤二实验结束后，应先停止加热，再关闭弹簧夹D．步骤二实验结束后，立即取出铜丝，铜丝质量可能会大于6.4g【变式5-2】松松同学做碳单质还原氧化铜实验，装置如图所示，加热一段时间后，发现试管中有红色固体生成，也有部分黑色固体，他对黑色固体的成分进行了进一步探究。（1）左侧试管内发生反应的化学方程式；反应结束撤出导管后，用弹簧夹夹紧乳胶管的原因（文字描述）。【提出问题】剩余黑色固体是什么？【猜想假设】（2）猜想一：；猜想二：（填化学式）；猜想三：C和；猜想四：。经过讨论同学们一致认为无需验证就知道猜想是错误的。【进行实验】（3）实验操作现象结论取反应后剩余黑色固体继续在空气中灼烧无明显现象猜想成立【拓展延伸】（4）此实验中体现出的碳的化学性质可以用于（填一种用途）。（5）为了使所有氧化铜能充分反应完，碳单质与氧化铜的质量比最合适的是_________（填序号）。A． B． C．【变式5-3】某实验小组在用下图甲和乙装置做木炭还原氧化铜的实验中，发现从乙装置的导气管口不断有气泡逸出，以为是反应产生的未被石灰水完全吸收。于是在乙装置后又连接上丙装置，重新实验，发现丙装置中仍不断有气泡逸出，但发现石灰水未见浑浊。可见该气体不是，那么从丙装置中逸出的气体是什么呢？请完成下列探究中的相关问题。（1）你认为从丙装置中逸出的气体可能是，写出实验中生成这种气体的化学方程式：。（2）请按下表要求，设计实验方案，验证你的猜想。操作步骤现象结论①用试管从丙导管末端收集该气体，点燃能燃烧，产生蓝色火焰从丙装置中逸出的气是。②将步骤①燃烧后的气体通入到澄清石灰水中，